专利名称：流体轴承装置及使用了该装置的主轴马达的制作方法
技术领域：
本发明涉及动压型流体轴承装置及使用了该装置的主轴马达。
背景技术：
流体轴承由轴和支承轴的套筒组成，在两者对置的间隙中存在有润滑剂。通过在轴或者套筒内形成的动压发生槽，随着轴的旋转，润滑剂集中在一起，产生压力，轴被套筒以非接触状态支承。藉此可以实现高速旋转，还能减弱旋转时的噪音。
装载了该流体轴承装置的主轴马达，因为具有媒体记录密度提高所不可缺少的良好的旋转精度、耐冲击性和静肃性，所以正成为以磁盘装置为代表的信息设置用和音响影像机器用马达的主流。因此，近年来从机器的小型化、节能化观点看，迫切希望降低主轴马达的消耗电流，尤其希望减小对马达的消耗电流影响较大的流体轴承装置的转矩。
由于流体轴承装置的转矩与所充填的润滑剂的粘度成正比，所以使用粘度更低的润滑剂对减小转矩有效。
以往提出了作为润滑剂使用了癸二酸二辛酯(DOS)、壬二酸二辛酯(DOZ)、己二酸二辛酯(DOA)等的流体轴承装置；使用了新戊二醇的辛酸和正癸酸的混合酯的流体轴承装置(日本专利特开2000-336383号公报)；使用了新戊二醇和碳原子数6～12的一元脂肪酸和/或其衍生物制得的酯的流体轴承装置(日本专利特开2001-316687号公报)；使用了由β位或者β，β’位上具有烷基侧链的二醇成分衍生而来的多元醇酯的流体轴承装置(日本专利特开2002-195252号公报)等。
但是，这些以往例的流体轴承装置虽然其转矩可能减小，但由于润滑剂的耐热性低，所以存在蒸发量增大、装置使用寿命缩短、装置可靠性不能充分保证的问题。另外，考虑该润滑剂的蒸发量，充填了必需量以上的过量的润滑剂的情况下，存在着相应的转矩增加、成本提高以及很难实现小型化以确保空间的问题。
鉴于上述课题，本发明的目的在于提供转矩小、耗电量低、可靠性高、且最适合于小型化的流体轴承装置以及使用了该装置的主轴马达，作为该装置的润滑剂，含有碳原子数4～8、在β位不具有烷基侧链的二元醇和1种以上的碳原子数9～13的饱和一元脂肪酸形成的二酯。
发明内容
为了解决上述问题，本发明具有以下构成。
本发明1的流体轴承装置是轴和套筒的至少一方具有动压发生槽、在上述轴和上述套筒对置的间隙存在有润滑剂的流体轴承装置，上述润滑剂含有碳原子数4～8、在β位不具有烷基侧链的二元醇和1种以上的碳原子数9～13的饱和一元脂肪酸形成的二酯，上述间隙为1～5μm的径向半径间隙。
流体轴承装置的润滑剂含有碳原子数4～8、在β位不具有烷基侧链的二元醇和1种以上的碳原子数9～13的饱和一元脂肪酸形成的二酯。因此，与以往的润滑剂相比，其粘度低，所以可构成低转矩的流体轴承装置。此外，因为润滑剂的耐热性高，可降低蒸发量，所以每一台装置的润滑剂的充填量减少，可降低成本和实现装置的小型化。本发明的上述构成可以实现转矩低、耗电量少、可靠性高、且适合于小型化的流体轴承装置。
利用本发明的构成，因为能充分发挥润滑剂的特性，所以可获得径向半径间隙最佳、低转矩且高刚性的流体轴承装置。
本发明2的流体轴承装置进一步限定本发明1的流体轴承装置，上述1种以上的碳原子数9～13的饱和一元脂肪酸为2种以上的碳原子数9～13的饱和一元脂肪酸。
通过使用混合碳原子数和分子结构不同的饱和脂肪酸而制得的二酯作为润滑剂，与使用单一的润滑剂时相比，更能提高低温流动性和蒸发特性等。利用本发明的构成，在装置的可靠性提高的同时，还能够扩大可使用的温度范围。
本发明3的流体轴承装置进一步限定本发明2的流体轴承装置，上述2种以上的碳原子数9～13的饱和一元脂肪酸的至少1种是直链型饱和一元脂肪酸。
通过使用含有直链型饱和一元脂肪酸的润滑剂，与仅含有支链型的情况相比，具有高耐热性，而且可抑制粘度随温度的变化。利用本发明的构成，可提高流体轴承装置的可靠性，还能抑制转矩随温度的变化。
本发明4的流体轴承装置进一步限定本发明3的流体轴承装置，上述2种以上的碳原子数9～13的饱和一元脂肪酸为碳原子数相同的饱和一元脂肪酸。
碳原子数不同的饱和一元脂肪酸，由于其中任一种的耐热性和密度等特性都大不一样，所以装置的性能不稳定。利用本发明的构成，因为2种以上的饱和一元脂肪酸的碳原子数是相同的，所以能使装置的性能稳定，获得可靠性高的流体轴承装置。
本发明5的流体轴承装置进一步限定本发明1的流体轴承装置，上述碳原子数4～8、在β位不具有烷基侧链的二元醇是3-甲基-1，5-戊二醇，上述碳原子数9～13的饱和一元脂肪酸是碳原子数9或者10的饱和一元脂肪酸。
利用本发明的构成，润滑剂的耐热性和低温流动性更优异。因此，可获得装置可靠性提高、即使在低温范围也可旋转启动的高性能的流体轴承装置。
利用本发明的构成，由于碳原子数9或者10的一元脂肪酸对于润滑剂的性能平衡特别有用，因此最适合于低转矩、耗电量少、可靠性高的流体轴承装置。
本发明6的流体轴承装置进一步限定本发明1的流体轴承装置，每台流体轴承装置中的上述润滑剂所含的比上述间隙的最小尺寸大的无机物系杂质在1000个以下。
利用本发明的构成，因为混入润滑剂中的杂质少，所以转矩变化小，不会招致急剧的转矩增加和轴承的震动。因此可获得高性能且可靠性高的流体轴承装置。
本发明的第1主轴马达具备本发明1的流体轴承装置。
利用本发明的构成，可获得马达的消耗电流低、高性能且可靠性高的主轴马达。
本发明7的流体轴承装置是轴和套筒的至少一方具有动压发生槽、在上述轴和上述套筒对置的间隙存在有润滑剂的流体轴承装置，上述润滑剂含有碳原子数4～8、在β位不具有烷基侧链的二元醇和1种以上的碳原子数6～10的饱和二元酸及1种以上的碳原子数5～13的饱和一元脂肪酸形成的酯，上述间隙为1～5μm的径向半径间隙。
流体轴承装置的润滑剂含有碳原子数4～8、在β位不具有烷基侧链的二元醇和1种以上的碳原子数6～10的饱和二元酸及1种以上的碳原子数5～13的饱和一元脂肪酸形成的酯。因此，与以往的润滑剂相比，其粘度低，可获得低转矩的流体轴承装置。此外，因为润滑剂的耐热性高，可降低蒸发量，所以每一台装置的润滑剂的充填量减少，能够降低成本和实现装置的小型化。利用本发明的构成，可获得低转矩、耗电量低、可靠性高且适合于小型化的流体轴承装置。
利用本发明的构成，因为能充分发挥润滑剂的特性，所以可获得径向半径间隙最佳、低转矩且高刚性的流体轴承装置。
本发明8的流体轴承装置进一步限定上述本发明7的流体轴承装置，上述1种以上的碳原子数5～13的饱和一元脂肪酸为2种以上的碳原子数5～13的饱和一元脂肪酸。
利用本发明的构成，通过使用混合碳原子数和分子结构不同的饱和脂肪酸而制得的酯作为润滑剂，与使用成分单一的润滑剂相比，更能提高低温流动性和蒸发特性等。利用本发明的构成，在装置的可靠性提高的同时，还能够扩大可使用的温度范围。
本发明9的流体轴承装置进一步限定上述本发明8的流体轴承装置，上述2种以上的碳原子数5～13的饱和一元脂肪酸的至少1种为直链型饱和一元脂肪酸。
通过使用含有直链型饱和一元脂肪酸的润滑剂，与仅存在支链型的情况下相比，更具有高耐热性，而且可抑制粘度随温度的变化。利用本发明的构成，可提高流体轴承装置的可靠性，还可抑制转矩随温度的变化。
本发明10的流体轴承装置进一步限定上述本发明9的流体轴承装置，上述2种以上的碳原子数5～13的饱和一元脂肪酸为碳原子数相同的饱和一元脂肪酸。
碳原子数不同的饱和一元脂肪酸，由于其中任一种的耐热性和密度等特性都大不一样，所以装置的性能不稳定。利用本发明的构成，因为2种以上的饱和一元脂肪酸的碳原子数相同，所以可使装置的性能稳定，能够获得可靠性高的流体轴承装置。
本发明11的流体轴承装置进一步限定上述本发明7的流体轴承装置，上述碳原子数4～8、在β位不具有烷基侧链的二元醇是3-甲基-1，5-戊二醇，上述碳原子数5～13的饱和一元脂肪酸是碳原子数7～10的饱和一元脂肪酸。
利用本发明的构成，润滑剂的耐热性和低温流动性非常好。因此，装置的可靠性高，可获得即使在低温范围也能旋转启动的高性能的流体轴承装置。
利用本发明的构成，由于碳原子数7～10的饱和一元脂肪酸对于润滑剂的性能平衡特别有用，因此最适合于低转矩、耗电量少、可靠性高的流体轴承装置。
本发明12的流体轴承装置进一步限定上述本发明7的流体轴承装置，每台流体轴承装置中的上述润滑剂所含的比上述间隙的最小尺寸大的无机物系杂质在1000个以下。
利用本发明的构成，因为混入润滑剂中的杂质少，所以转矩变化小，不会招致急剧的转矩增加和轴承的震动。藉此可以获得高性能且高可靠性的流体轴承装置。
此外，本发明的第2主轴马达具备上述本发明7的流体轴承装置。
利用本发明的构成，可以获得马达的消耗电流低、高性能且高可靠性的主轴马达。
本发明的流体轴承装置以及使用了该装置的主轴马达，通过使用低粘度、耐热性优异的润滑剂，可以获得低转矩、耗电量小、可靠性高、适合于小型化的流体轴承装置以及使用了该装置的主轴马达。
发明的新特征为权利要求书中特别记载的内容，本发明参照附图对有关构成和内容与其它目的及特征一起进行说明详细理解，希望能够对本发明有更好的理解。
图1是本发明的实施方式3的具有轴旋转式流体轴承装置的主轴马达的剖面图。
图2是本发明的实施方式1的轴固定式流体轴承装置的剖面图。
图3是表示实施例1～10以及比较例1和2的各数据的测定结果的表格。
附图的一部分或者全部是为图示而作的简单表达，并不一定忠实地表示所示要素的实际的相对大小和位置，故请参考。
具体实施例方式
以下就本发明的流体轴承装置以及使用了该装置的主轴马达的较好实施方式1～3进行说明。
《实施方式1》使用图2对本发明的实施方式1进行说明。
图2表示轴固定式流体轴承装置的剖面概况。在图2中，示出了基座1a、轴2、径向动压发生槽2a及2b、推力凸缘3、推力动压发生槽3a、套筒4、润滑剂8、推力板9、径向半径间隙10。
在外周面形成了人字形的径向动压发生槽2a、2b的轴一端固定推力凸缘3，构成轴部。轴2的另一端被压入固定于基座1a内。轴部被插入套筒4的轴承孔内，在套筒4与推力凸缘3对向安装了推力板9以堵塞另一轴承孔。另外，在与推力板9对置的推力凸缘3的表面形成螺旋状的推力动压发生槽3a。在这些轴承孔和轴部的间隙之间充填润滑剂8。伴随着旋转，润滑剂8由在轴2形成的径向动压发生槽2a、2b收集在一起，在轴2和套筒4的径向半径间隙10产生压力，因此，套筒4在径向以非接触状态支承轴2。另外，在推力方向由推力动压发生槽3a收集润滑剂8而产生压力，所以推力板9上浮，以非接触状态支承推力凸缘3。
作为润滑剂8，使用碳原子数4～8、在β位不具有烷基侧链的二元醇和碳原子数9～13的饱和一元脂肪酸形成的二酯。其结果是，比以往相比，转矩小，可以长时期运转。该二酯可以在催化剂存在下或者无催化剂条件下，使规定的醇成分和酸成分按公知的酯化反应方法进行反应而合成。
醇成分是碳原子数4～8、在β位不具有烷基侧链的二元醇。作为该二元醇，可以例举直链型或在β位以外具有侧链的支链型，但是，从低温流动性好这一理由来看，最好的是在β位以外具有侧链的支链型。另外，从耐热性好这一理由来看，最好的是在α位、γ位、δ位具有一个烷基侧链的支链型。烷基侧链以甲基、乙基、丙基等低级烷基为佳，从粘度更低，能够减小轴承转矩这一理由来看，以甲基为佳。具体可例举1-甲基-1，3-丙二醇、1-甲基-1，4-丁二醇、1-甲基-1，5-戊二醇、1-甲基-1，6-己二醇、1-甲基-1，7-庚二醇、3-甲基-1，5-戊二醇、3-甲基-1，6-己二醇、3-甲基-1，7-庚二醇、4-甲基-1，7-庚二醇等，但从耐热性好、提高轴承可靠性的理由来看，以3-甲基-1，5-戊二醇为佳。
作为酸成分的碳原子数9～13的饱和一价脂肪酸因为不含不饱和键，所以热稳定性和氧化稳定性高，即使在高温环境下和高速旋转下也难以引起劣化。因此，从装置寿命延长的理由考虑，更好的是不饱和一元脂肪酸。在此情况下，碳原子数9～13的饱和一元脂肪酸可以只使用1种也可以使用2种以上。使用2种以上的情况下，可以例举碳原子数相同的直链型和支链型，碳原子数相同、但支链位置不同的支链型，碳原子数不同的直链型，碳原子数不同的直链型和支链型，碳原子数不同的支链型等的组合。更好的是至少使用1种以上耐热性好、可提高装置可靠性的直链型。由1种醇成分和2种酸成分形成的二酯，可以得到一分子中仅结合了1种酸成分的单一结构的二酯2种，以及一分子中结合了2种酸成分的混合结构的二酯1种，合计3种酯的混合物。另外，碳原子数为8以下的情况下，轴承与小转矩的情况相反，存在耐热性变低，蒸发量增加的倾向，必须增加润滑剂的充填量，所以对降低成本和小型化方面不利。另一方面，碳原子数在14以上的情况下，粘度变大，除了不能够获得轴承的转矩减小的效果之外，还存在低温流动性劣化的倾向，有时无法在低温范围内旋转启动。具体来说可以例举正壬酸、正癸酸、正十一烷酸、正十二烷酸、正十三烷酸、异壬酸、3，5，5-三甲基己酸、异癸酸、异十一烷酸、异十二烷酸、异十三烷酸等。在碳原子数9～13的饱和一元脂肪酸中，较好的是碳原子数9～10的饱和一元脂肪酸。碳原子数9～10的直链型的正壬酸、正癸酸，因为其耐热性和低粘度化良好，所以对轴承可靠性的提高和低转矩化有效。此外，碳原子数9～10的支链型异壬酸、3，5，5-三甲基己酸、异癸酸，因为耐热性和低温流动性良好，所以对轴承可靠性的提高和确保低温范围的旋转启动有效。
另外，本发明的润滑剂8还可以是在碳原子数4～8、在β位不具有烷基侧链的二元醇和碳原子数9～13的饱和一价脂肪酸形成的二酯中作为添加油混合了其它种类的油的润滑剂。添加油可以按照粘度的降低和调整，以及耐热性的提高，辅助和完善其它性能等目的，适当进行选择。具体来说，可以例举矿物油、聚α-烯烃、烷基芳香族、聚乙二醇、二苯醚、多元醇酯、二元酸二酯、磷酸酯等已知的化合物。这些添加油可以混合1种或2种以上。其中，多元醇酯以及二元酸二酯的耐热性高，在低温下的流动性好，所以对提高轴承装置的可靠性和确保低温范围的旋转启动有效。作为多元醇酯，可以例举新戊二醇、三羟甲基丙烷、季戊四醇和脂肪酸的酯类，作为二元酸二酯，可以例举癸二酸二辛酯(DOS)、壬二酸二辛酯(DOZ)、己二酸二辛酯(DOA)、己二酸二异壬酯、己二酸二异癸酯等。
另外，还可以在润滑剂8中掺入添加剂。添加剂可以根据基油性能的提高和完善为目的，选择公知的化合物。具体来说，可以掺入1种或者2种以上的防氧化剂、防锈剂、金属减活剂、油性剂、极压添加剂、摩擦调整剂、防磨耗剂、粘度指数提高剂、流动点下降剂、消泡剂、导电剂、清净分散剂等。添加剂因为会随着劣化而产生气体或引发变质，使轴承以及装置的性能下降，所以掺合总量应该控制在最小用量限度内。
为了提高流体轴承装置的长期可靠性，防氧化剂特别是必不可缺的。具体来说，分子中不含硫和氯的酚系或者同样的胺系防氧化剂用于流体轴承装置最合适。分子中含有硫和氯的添加剂在分解后会产生腐蚀性气体，对装置性能可能产生重大影响。这些防氧化剂可以单独使用也可以并用。其中，最好的是在80～100℃以上的高温环境下使用、该装置也能发挥充分的效果、并维持较高的耐热性的含有2个以上的酚基的酚系防氧化剂。此外，最好选择不会使低温下的流动性降低、可容易地使装置旋转启动的液状防氧化剂。
另外，采用低粘度、表面保护吸附膜较薄的本发明的润滑剂8的情况下，流体轴承装置的启动及停止时产生的轴和套筒的接触所伴随的摩擦磨耗有时比以往的要大。为此，除了上述防氧化剂之外，最好还添加在轴和套筒的金属表面易形成保护膜、分子中不含硫及氯的金属减活剂及油性剂的至少一种作为添加剂。具体来说，作为分子中不含硫及氯的金属减活剂，推荐苯并三唑系化合物，作为油性剂，推荐碳原子数15以上的一元脂肪酸，例如正十四烷酸、正十六烷酸、正十八烷酸等。
另外，由于流体轴承装置的启动停止时产生的轴与套筒接触所伴随的摩擦和磨耗的发热，所以，作为各种添加剂公知的常用金属盐有时会与润滑剂的酯分解而得的羧酸起反应，形成羧酸盐沉淀物，因此最好不要使用。
另外，在轴承构成相同的情况下，润滑剂8的粘度越高，马达消耗电流越大。因此。润滑剂8的粘度以低为佳。但是，润滑剂8的粘度低的情况下，为了保持轴的刚性，必须减小径向半径间隙10，这样杂质等引起轴承的旋转震动的可能性增大，装置的可靠性降低。因此，润滑剂8的粘度在20℃下为5～35mPa·s、更好为5～30mPa·s、特别好为10～25mPa·s时，本发明的润滑剂的效果可以利用到最大限度。另外，马达的转速一般采用4200rpm、5400rpm、7200rpm、10000rpm、15000rpm等。
此外，轴2和套筒4的径向半径间隙10为1～5μm的情况下，较好为1.5～4μm、更好为1.5～3μm的情况下，轴承可以充分发挥本发明的润滑剂8的低粘度化的效果。由于转矩与间隙的倒数成正比，刚性与间隙的n次方的倒数成正比，所以必须要有对应于润滑剂粘度的间隙。如果在上述范围内，则使用本发明的润滑剂的情况下，容易得到低转矩和轴承所需的刚性。本发明的润滑剂因为粘度低，所以要在高温下确保与以往的润滑剂同等的轴刚性的情况下，必须比以往稍微缩小一点径向半径间隙。但是，径向半径间隙如果未满1μm，则即便使用本发明的润滑剂8，因为间隙的影响大，所以减小轴承转矩的效果不佳。另外，由于混入杂质和启动停止时产生的磨耗粉的影响，非常容易引起轴承的震动，所以装置的可靠性下降。另外，轴和套筒必须要有高加工精度和组装精度，这也成为制造成本增加的原因。如果径向半径间隙大于5μm，则与本发明所用的润滑剂8的低粘度化效果相反，间隙的影响变大，轴承刚性下降，经不住实际使用。另外，由于轴的偏心率变大，所以作为安装在主轴马达的记录媒体的磁盘等的旋转面的震动变大，导致记录再生位置的精度下降和信号强度产生偏差的问题，无法满足磁盘装置的性能要求。另外，由于润滑剂和空气的接触面积增大，所以润滑剂的氧化劣化加速，使轴承寿命缩短，因此不合适。
另外，轴2的直径较好为1～4mm。轴2直径未满1mm的情况下，为了确保轴承的刚性，就必须大大缩小间隙，加大轴长，如果间隙缩小就会出现上述问题。为了小型化，对轴的长度的限制是很严的，所以满足不了必要的性能。轴2直径大于4mm的情况下，刚性有所提高，但是因为转矩变大，所以润滑剂8的效果不能发挥。从与径向半径间隙10组合考虑，以直径1.5～3.5mm为佳，更好是直径1.5～3mm，这种情况下，本发明的润滑剂的效果可以最大限度地被利用。
作为轴2的材质，以不锈钢最合适。不锈钢与其它金属相比，因润滑剂8的酯合成时产生的酸等所引起的轴的腐蚀小，硬度高，能够抑制磨耗发生量，所以较好的是低粘度、表面保护吸附膜薄的本发明的润滑剂8。更好的是马氏体系不锈钢。
本发明的润滑剂8要经过滤处理再充填到轴承内，以将每台轴承装置中混入的比作为轴2和套筒4对置的最小间隙的径向半径间隙10大的无机物系杂质数目控制在1000个以下。该无机物系杂质是以主轴马达的结构材料和工艺中使用的模具及空气中的浮游物等为发生源的含有铁、铬、铜、铝、硅等元素的微粒子。这些无机物杂质不仅成为转矩增大和变动的主要因素，而且固定在轴和套筒上，可能会招致轴承发生震动，所以最好在可能的限度内减少之。润滑剂的过滤处理，用最小径向半径间隙的尺寸以下孔径的滤纸进行加压过滤或减压过滤。杂质的计数通过将上述过滤处理后的润滑剂再用孔径在最小径向半径间隙的尺寸以下的滤纸进行过滤，然后采用光学或电子显微镜对滤纸上的比径向半径间隙10大的无机物杂质进行计数等方法进行。从供过滤处理的润滑剂的量和比径向半径间隙10大的无机物杂质数目，换算成对应于每一台轴承装置的润滑剂的充填量的个数。杂质中虽然还有纤维等有机物系，但是由于有机物系杂质是软性的，所以导致轴承发生震动的可能性比无机物系杂质要小。
另外，套筒4最好使用铜合金、铁合金、不锈钢、陶瓷、树脂等很难被酸腐蚀的材料。进而言之，从耐磨耗性、加工性、成本方面看，使用铜合金、铁合金、不锈钢更好。另外，从成本面看，也可以是烧结材料，使润滑剂含浸于烧结材料时可得到相同的效果。此外，可以对套筒材料的一部分表面或整个表面，通过电镀法、物理蒸镀法、化学蒸镀法、扩散被膜法等进行表面改性。
径向动压发生槽形成于轴的外周，但是在套筒的轴承孔面形成也可以，或者在轴的外周面以及套筒的轴承孔面两个地方均形成。此外，推力动压发生槽可以仅形成于与推力板对置的推力凸缘的表面，或者仅形成于与推力凸缘对置的推力板侧的表面，或者仅在推力凸缘的内面形成，或上述三处中的两处以上形成。
此外，径向及推力动压发生槽采用人字型、螺旋型中的任一种形状都能够得到同样的效果。
另外，本发明的实施方式是将轴部单端固定，在两端固定的情况下，将套筒的轴承孔两端开放时也可以得到同样的效果。
《实施方式2》本发明的实施方式2再用图2进行说明。在本实施方式中，除了润滑剂8的成分不同这一点之外，其余与实施方式1同样。
润滑剂8不使用碳原子数4～8、在β位不具有烷基侧链的二元醇和碳原子数9～13的饱和一元脂肪酸酸形成的二酯，而是换成使用碳原子数4～8、在β位不具有烷基侧链的二元醇和碳原子数6～10的饱和二元酸及碳原子数5～13的饱和一元脂肪酸形成的酯，在这一点上与实施方式1的润滑剂8不一样。除此以外都与实施方式1的润滑剂8同样。
润滑剂8通过使用碳原子数4～8、在β位不具有烷基侧链的二元醇和碳原子数6～10的饱和二元酸以及碳原子数5～13的饱和一元脂肪酸形成的酯，比以往的转矩更小，可以长时间旋转使用。该酯通过将规定的醇成分和酸成分在催化剂存在下或者无催化剂条件下，采用公知的酯化反应进行合成。
醇成分是碳原子数4～8、在β位不具有烷基侧链的二元醇。作为该二元醇，可以例举直链型或者在β位以外具有侧链的支链型，但是从低温流动性优异这一理由考虑，最好是β位以外具有侧链的支链型。另外，从耐热性优异的理由考虑，最好是在α位、γ位、δ位上具有一个烷基侧链的支链型。作为烷基侧链，以甲基、乙基、丙基等低级烷基为佳，从粘度更低，能够减小轴承转矩这一理由来看，以甲基更佳。具体来说，可例举1-甲基-1，3-丙二醇、1-甲基-1，4-丁二醇、1-甲基-1，5-戊二醇、1-甲基-1，6-己二醇、1-甲基-1，7-庚二醇、3-甲基-1，5-戊二醇、3-甲基-1，6-己二醇、3-甲基-1，7-庚二醇、4-甲基-1，7-庚二醇等。但从耐热性好、提高轴承可靠性的理由来看，以3-甲基-1，5-戊二醇为佳。
酸成分是碳原子数6～10的饱和二元酸和碳原子数5～13的饱和一元脂肪酸。
作为碳原子数6～10的饱和二元酸，可以例举己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸等。其中，从成本面看，以己二酸、壬二酸、癸二酸为佳，尤其好的是己二酸，它的分子量较低，对减小轴承转矩有效。如果碳原子数在5以下，则与轴承转矩减小相反，由于耐热性低、蒸发量增加，所以润滑剂的充填量必须增加，对降低成本和小型化均不利。碳原子数在11以上的情况下，粘度变大，无法期待轴承转矩减小的效果。
碳原子数5～13的饱和一元脂肪酸可以仅用1种也可以用2种以上。使用2种以上的情况下，可以例举碳原子数相同的直链型和支链型，碳原子数相同但支链位置不同的支链型，碳原子数不同的直链型，碳原子数不同的直链型和支链型，碳原子数不同的支链型等的组合。最好使用至少1种以上的耐热性好、装置可靠性可提高的直链型。碳原子数为4以下的情况下，与轴承转矩减小相反，存在耐热性变低、蒸发量增加的倾向，必须增加润滑剂的充填量，所以对降低成本和小型化方面不利。另一方面，碳原子数如果在14以上，则粘度变大，无法期待轴承转矩减小的效果，而且有低温流动性劣化的倾向，有时出现在低温范围不能旋转启动的情况。碳原子数5～13的饱和一元脂肪酸中，最好的是碳原子数7～10的饱和一元脂肪酸。碳原子数7～10的直链型由于耐热性和低粘度化优异，所以在提高轴承的可靠性和减小转矩方面有效。碳原子数7～10的支链型，由于耐热性和低温流动性优异，所以在提高轴承的可靠性和确保低温范围的旋转启动有效。具体例子可以例举正庚酸、正辛酸、正壬酸、正癸酸、异庚酸、异辛酸、2-乙基己酸、异壬酸、3，5，5-三甲基己酸、异癸酸等。
虽然对作为酸成分的碳原子数6～10的饱和二元酸和碳原子数5～13的饱和一元脂肪酸的使用比例没有限定，但是最好让碳原子数5～13的饱和一元脂肪酸的比例大一些，这样耐热性更高，并可提高轴承的可靠性。此情况下的比例设定为以酸成分全体为100时的摩尔比。例如，作为酸成分使用的碳原子数6～10的饱和二元酸和碳原子数5～13的饱和一元脂肪酸的摩尔数相同的情况下，摩尔比设定为50∶50。其中，碳原子数6～10的饱和二元酸以摩尔比20以下为佳，摩尔比10以下更好。
另外，本发明的润滑剂8还可以在碳原子数4～8、在β位不具有烷基侧链的二元醇和碳原子数6～10的饱和二元酸及碳原子数5～13的饱和一元脂肪酸形成的酯中混合其它种类的油作为添加油而制得。添加油可以粘度的降低和调整以及耐热性的提高、辅助和完善其它性能等为目的，适当进行选择。具体来说，可以例举矿物油、聚α-烯烃、烷基芳香族、聚乙二醇、二苯醚、多元醇酯、二元酸二酯、磷酸酯等已知的化合物。这些添加油可以混合1种或2种以上。其中，多元醇酯以及二元酸二酯的耐热性高，低温下的流动性好，所以对提高轴承装置的可靠性和确保低温范围的旋转启动都有效。作为多元醇酯，可以例举新戊二醇、三羟甲基丙烷、季戊四醇和脂肪酸的酯，作为二元酸二酯，可以例举癸二酸二辛酯(DOS)、壬二酸二辛酯(DOZ)、己二酸二辛酯(DOA)、己二酸二异壬酯、己二酸二异癸酯等。
《实施方式3》用图1对本发明的实施方式3进行说明。
图1是实施方式3中具有轴旋转式的流体轴承装置的主轴马达的剖面图。在本实施方式中，以下各点，即把流体轴承装置从轴固定方式转变为轴旋转方式这一点，用基座1代替基座1a这一点，以及具有衬套5、转子磁铁6和定子线圈7这一点，与图2的流体轴承装置不一样。除此以外都与实施方式1相同，对成为相同或者均等的构成的部件赋予相同的符号，且省略对其的详细的说明。
在外周面形成了人字形的径向动压发生槽2a、2b的轴2的一端固定推力凸缘3，在另一端压入安装磁盘等用的衬套5，形成旋转部。另一方面，将接受旋转部的套筒4压入基座1中，其一端安装了推力板9，形成固定部。在套筒4的轴承孔插入轴部使推力板9和推力凸缘3对置。在与推力板9对置的推力凸缘3的表面形成人字形的推力动压发生槽3a。在这些轴承孔与轴部的间隙充填润滑剂8，形成轴承装置。另外，在形成于基座1的壁部设置定子线圈7，在衬套5的内周面与定子线圈7对置安装转子磁铁6，构成马达驱动部。
一旦由该马达驱动部旋转驱动旋转部，则与实施方式1同样，在径向方向和推力方向对润滑剂8产生动压，旋转部与固定部以非接触状态被旋转支承。
另外，在主轴马达中，通常将1张以上的铝制或者玻璃制的磁盘装在衬套5上。其中，本发明对搭载2.5英寸以下的小型磁盘的主轴马达有效。
以下，通过实施例1～10、比较例1及比较例2进一步说明本发明的主轴马达以及本发明的流体轴承装置的润滑剂。
在实施例1～10、比较例1及比较例2中，都掺入了作为防氧化剂的含有2个酚基的酚系化合物4，4’-亚甲基双-2，6-二叔丁基苯酚0.5重量％。另外，本发明所示的添加剂的配比量，即重量％是相对于包含基油和添加剂的润滑剂的总重量的比例。
另外，不管哪种润滑剂，都预先用孔径2.5μm以下的滤纸进行过减压过滤处理以除去杂质。
(实施例1)以3-甲基-1，5-戊二醇和正壬酸形成的二酯作为润滑剂。
(实施例2)以3-甲基-1，5-戊二醇和正癸酸形成的二酯作为润滑剂。
(实施例3)以3-甲基-1，5-戊二醇和正壬酸/正癸酸(摩尔比50∶50)形成的二酯作为润滑剂。
(实施例4)以3-甲基-1，5-戊二醇和3，5，5-三甲基己酸形成的二酯作为润滑剂。
(实施例5)以3-甲基-1，5-戊二醇和正壬酸/3，5，5-三甲基己酸(摩尔比60∶40)形成的二酯作为润滑剂。
(实施例6)以3-甲基-1，5-戊二醇和己二酸/正壬酸(摩尔比5∶95)形成的酯作为润滑剂。
(实施例7)以3-甲基-1，5-戊二醇和癸二酸/正辛酸(摩尔比11∶89)形成的酯作为润滑剂。
(实施例8)以3-甲基-1，5-戊二醇和己二酸/正辛酸(摩尔比11∶89)形成的酯作为润滑剂。
(实施例9)以3-甲基-1，5-戊二醇和己二酸/正壬酸/2-甲基己酸(摩尔比12∶44∶44)形成的酯作为润滑剂。
(实施例10)以3-甲基-1，5-戊二醇和己二酸/正辛酸/正癸酸(摩尔比5∶57∶38)形成的酯作为润滑剂。
(比较例1)以新戊二醇和正壬酸形成的酯作为润滑剂。
(比较例2)将作为二酯的癸二酸二辛酯(DOS)用作润滑剂。
将上述实施例1～10、比较例1以及比较例2的润滑剂按规定的相同量充填，构成具备轴和套筒的径向半径间隙为2.5μm、轴由直径3mm的马氏体系不锈钢形成、套筒由铜合金形成的流体轴承装置的主轴马达，在0℃及20℃的环境下，测定旋转数为5400rpm的马达消耗电流。
另外，以比较例1的20℃的马达消耗电流值为100，示出各例的马达消耗电流。其测定结果示于图3的表。再把上述主轴马达置于-20℃及-40℃的环境下5小时，之后确认各主轴马达在-20℃及-40℃下可否旋转启动。
另外，在100℃下连续运转500小时之后，拆下衬套，对套筒的开放端和轴的间隙，即被润滑剂充填的液面从上面用显微镜确认，评价液面的有无。在不能确认润滑剂的液面的情况下，蒸发量大，由于蒸发液面进入到轴承内部，判定确保性能维持所必要的润滑剂量不够，可靠性不高。
由图3的表可知，实施例1～实施例10的任一情况与比较例2相比，马达的消耗电流都降低，在-20℃的极低温度下也能旋转启动。在实施例1、4～10中，在-40℃的极低温度下也能旋转启动。另一方面，比较例1的马达消耗电流虽然比实施例1～实施例10更低，但是在-20℃下完全不能旋转启动，且未观察到液面，蒸发量也变大。
另外，在此情况下，实施例1～10、比较例1及比较例2的润滑剂的低温流动性的流动点和马达旋转启动温度也未必一致。这是因为JIS-K2269等测定的流动点的环境放置时间未加定义，与实际的固化温度不同等原因造成的。
从以上可知，本发明的流体轴承装置及主轴马达的转矩小，使用寿命长，且在-20℃下也能旋转启动。
本发明的流体轴承装置以及使用了该装置的主轴马达可以作为磁盘装置及光盘装置的马达使用。
以上虽然以一定程度的详尽描述就最佳实施方式对本发明进行了说明，但这种最佳实施方式所揭示的内容在构成的细节上有变化是理所当然的，各个要素的组合和顺序的变化只要不脱离发明的权利要求范围以及技术宗旨就可得以实现。
权利要求
1.流体轴承装置，它是轴和套筒的至少一方具有动压发生槽、在上述轴和上述套筒对置的间隙存在有润滑剂的流体轴承装置，其特征在于，上述润滑剂含有碳原子数4～8、在β位不具有烷基侧链的二元醇和1种以上的碳原子数9～13的饱和一元脂肪酸形成的二酯，上述间隙为1～5μm的径向半径间隙。
2.如权利要求1所述的流体轴承装置，其特征还在于，上述1种以上的碳原子数9～13的饱和一元脂肪酸为2种以上的碳原子数9～13的饱和一元脂肪酸。
3.如权利要求2所述的流体轴承装置，其特征还在于，上述2种以上的碳原子数9～13的饱和一元脂肪酸的至少1种是直链型饱和一元脂肪酸。
4.如权利要求3所述的流体轴承装置，其特征还在于，上述2种以上的碳原子数9～13的饱和一元脂肪酸为碳原子数相同的饱和一元脂肪酸。
5.如权利要求1所述的流体轴承装置，其特征还在于，上述碳原子数4～8、在β位不具有烷基侧链的二元醇是3-甲基-1，5-戊二醇，上述碳原子数9～13的饱和一元脂肪酸是碳原子数9或者10的饱和一元脂肪酸。
6.如权利要求1所述的流体轴承装置，其特征还在于，每台流体轴承装置中的上述润滑剂所含的比上述间隙的最小尺寸大的无机物系杂质在1000个以下。
7.主轴马达，其特征在于，具备权利要求1所述的流体轴承装置。
8.流体轴承装置，它是轴和套筒的至少一方具有动压发生槽、在上述轴和上述套筒对置的间隙存在有润滑剂的流体轴承装置，其特征在于，上述润滑剂含有碳原子数4～8、在β位不具有烷基侧链的二元醇和1种以上的碳原子数6～10的饱和二元酸及1种以上的碳原子数5～13的饱和一元脂肪酸形成的酯，上述间隙为1～5μm的径向半径间隙。
9.如权利要求8所述的流体轴承装置，其特征还在于，上述1种以上的碳原子数5～13的饱和一元脂肪酸为2种以上的碳原子数5～13的饱和一元脂肪酸。
10.如权利要求9所述的流体轴承装置，其特征还在于，上述2种以上的碳原子数5～13的饱和一元脂肪酸的至少1种为直链型饱和一元脂肪酸。
11.如权利要求10所述的流体轴承装置，其特征还在于，上述2种以上的碳原子数5～13的饱和一元脂肪酸为碳原子数相同的饱和一元脂肪酸。
12.如权利要求8所述的流体轴承装置，其特征还在于，上述碳原子数4～8、在β位不具有烷基侧链的二元醇是3-甲基-1，5-戊二醇，上述碳原子数5～13的饱和一元脂肪酸是碳原子数7～10的饱和一元脂肪酸。
13.如权利要求8所述的流体轴承装置，其特征还在于，每台流体轴承装置中的上述润滑剂所含的比上述间隙的最小尺寸大的无机物系杂质在1000个以下。
14.主轴马达，其特征在于，具备权利要求8所述的流体轴承装置。
全文摘要
转矩小、耗电量少、可靠性高、最适合于小型化的流体轴承装置以及使用了该装置的主轴马达。本发明的流体轴承装置是轴和套筒的至少一方具有动压发生槽、在上述轴和上述套筒对置的间隙存在有润滑剂的流体轴承装置，其中，上述润滑剂含有碳原子数4～8、在β位不具有烷基侧链的二元醇和1种以上的碳原子数9～13的饱和一元脂肪酸形成的二酯。
文档编号C10M105/38GK1676960SQ200510056240
公开日2005年10月5日 申请日期2005年3月31日 优先权日2004年3月31日
发明者平田勝志, 白石孝範, 大野英明 申请人:松下电器产业株式会社